Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/45188
Type: Tese
Title: Quantum thermodynamics of quantum critical systems
Other Titles: Termodinâmica quântica de sistemas críticos quânticos
Authors: Adalberto Deybe Varizi
First Advisor: Raphael Campos Drumond
First Co-advisor: Gabriel Teixeira Landi
First Referee: Fernando Luis da Silva Semião
Second Referee: Marcelo de Oliveira Terra Cunha
Third Referee: André de Pinho Vieira
metadata.dc.contributor.referee4: Daniel Mendonça Valente
metadata.dc.contributor.referee5: Lucas Lages Wardil
Abstract: This thesis is devoted to the study of systems presenting continuous quantum phase transitions subject to a thermodynamic work protocol. Particularly, we investigated how quantum coherences created by a sudden change in the system Hamiltonian can be quantified and their relation to its critical behavior. Therefore, the results here presented lie within the scope of quantum thermodynamics. The effects of quantum criticality in work protocols have been considerably investigated in recent years. Still, little or nothing was known about the role of quantum coherences. To grasp this, we examined two splittings of entropy production into a classical and quantum parts, the latter related to quantum coherences. The first splitting have been used in several contexts and maintains an intimate connection with the resource theory of thermodynamics. However, employing it to a quantum Ising model driven out of equilibrium by a sudden quench, we verified some shortcomings: namely, counter-intuitive and immutable behavior at low temperatures and unexpected nonanalyticities unrelated to critical phenomena. This inspired us to introduce a new and complementary separation to the entropy produced following a work protocol. A surprising and intriguing property of these splittings when applied to critical systems is the fact that they exhibit signatures of the critical point independently of the system initial temperature. In the new splitting we are capable of explaining this as a consequence of their close relation to the derivatives of the energy spectrum.
Abstract: Esta tese dedica-se ao estudo de sistemas que apresentam transições de fase quânticas contínuas sujeitos a um protocolo termodinâmico de trabalho. Particularmente, investigamos como as coerências quânticas criadas por uma perturbação repentina na Hamiltoniana do sistema podem ser quantificadas e sua relação com o comportamento crítico. Portanto, os resultados aqui apresentados residem no âmbito da termodinâmica quântica. Os efeitos da criticalidade quântica em protocolos de trabalho têm sido consideravelmente investigados nos últimos anos. Ainda assim, pouco ou nada se sabia sobre o papel das coerências quânticas. Para entender isso, examinamos duas divisões da produção de entropia em uma parte clássica e outra quântica, a última relacionada às coerências quânticas. A primeira divisão já foi usada em vários contextos e mantém uma conexão íntima com a teoria de recursos da termodinâmica. No entanto, aplicando-o a um modelo de Ising quântico submetido a uma perturbação repentina, verificamos algumas deficiências: a saber, um comportamento contraintuitivo e imutável em baixas temperaturas e não analiticidades inesperadas não relacionadas a fenômenos críticos. Isso nos motivou a introduzir uma nova e complementar separação para entropia produzida seguindo um protocolo de trabalho. Uma propriedade surpreendente e intrigante dessas divisões quando aplicadas a sistemas críticos é o fato de exibirem assinaturas do ponto crítico independentemente da temperatura inicial do sistema. Na nova divisão, podemos explicar isso como uma consequência de sua estreita relação com as derivadas do espectro de energia.
Subject: Entropia
Termodinâmica
Transições de fase
Fenômenos críticos
Modelo de Ising
language: eng
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/45188
Issue Date: 11-Feb-2022
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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